Bewegungswissenschaftliche Grundlagen (Fach) / Sportbiomechanik (Lektion)

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• Definieren Sie den Begriff Körperschwerpunkt! man kann sich in ihm die gesamte Masse des Körpers vereinigt denken kann und er sich so bewegt, als wenn alle von außen wirkende Kräfte in diesem Punkt angreifen würden. Dieser Punkt kann auch außerhalb des Körpers liegen.
• Erläutern Sie die analytische Methode nach Dickwach! Bei der analytischen Methode nach Dickwach wird der KSP mit Hilfe der Lage der Gelenke bestimmt. Man benötigt den Mittelpunkt des Körperteils und dessen relativem Gewicht(% der Gesamtmasse). Formeln: x(ksp)= 1/m * Σ mi* xi y(ksp)= 1/m * Σ mi* yi
• Wovon hängt der Druck auf den Zwischenwirbelscheiben ab? KörperhaltungGewicht des KörpersArt der Belastungäußere BelastungAlter (=> Wasseranteil in Bandscheiben)Hebelgesetz (=> umso weiter die Last vom Körper entfernt ist, desto höher die Belastung)
• Diskutieren Sie die Beanspruchung des Gelenkknorpels durch physiologischen Belastungsreiz infolge sportlicher Betätigung! Durch sportliche Betätigung wird der Gelenkknorpel gefordert und beansprucht. Er muss sämtliche Belastungen aushalten. nach Erwärmung => Wasseraufnahme des Gelenkknorpels (Knorpeldicke nimmt zu!) => Entlastung und Schutz des Gelenks+ Elastizität nimmt zuexogene/ endogene Überlastung/ Fehlbelastung => Knorpeldefekt/ Rissbildung im Knorpel (vernarbt) => Knorpel kann sich bei kleinen Defekten regenerieren => weitere Belastung des defekten Knorpels => Zerstörung und Abbau des Gewebes => Knorpelathrose
• Was versteht man unter intermuskulärer Koordination, welche Bedeutung hat sie für die Sportpraxis und wie kann sie quantifiziert werden? Def: optimales Zusammenwirken verschiedener Muskeln/ Muskelgruppen bei einem gezielten Bewegungsablauf ( Zusammenspiel von agonistischen und antagonistischen Muskeln)Bedeutung für den Sport: - optimales Verhältnis von Agonisten und Antagonisten - optimales Verhältnis von Aktivitäts- und Erholungsphase - kurzzeitige explosive Aktivitätsentwicklung in entscheidenen Bewegungsphase - Muskelarbeit wird ökonmischer (=> Energie wird gespart) - Agonisten und Antagonisten in gleichen KraftverhältnisQuantifizierung: Elektromygraphie
• Erläutern Sie unter physiologischem Aspekt die intramuskuläre Koordination! Nerv- Muskel- Zusammespiel eines einzelnen Muskels innerhalb eines gezielten BewegungsablaufsMyofibrillen können durch Training im Querschnitt und in der Anzahl vergrößert werdenAbhängig von Frequenzierung (= Impulsfrequenz der einzelnen motorischen Einheit) und Rekrutierung (=Anzahl der innervierten motorischen Einheiten)
• Wie kann man statische und dynamische Maximalkraftfähigkeit bestimmen? statisch: => halte Arbeit (Abstand zw. Ansatz und Ursprung bleiben konstant) => statischer Widerstand, festgelegte Muskelgruppe in ausgewählten Winkel => Messuhren (oder andere dynamometrische Messinstrumente) dynamisch: höchste Kraft (bei willkürlicher Kontraktion) innerhalb eines Bewegungsablaufes => Überwinden von maximaler Last innerhalb fester (maximaler) Bewegungsamplitude => Messungen von Kraft-Zeit- Verläufen bei Zusatzlasten
• Was versteht man unter Schnellkraftfähigkeit, welche Möglichkeiten ihrer Bestimmung gibt es? Def.: Fähigkeit einen Widerstand mit maximal hoher Kontraktionsgeschwindigkeit zu überwindenBestimmung: - Kraftmessplatte - Sprungtest mit Zusatzlast => Sprunghöhe nimmt ansteigender Last ab
• Welche Vorraussetzungen müssen erfüllt sein, um eine biomechanisch auswertbare Videoaufzeichnung zu erhalten? Erläutern Sie die Vorgehensweise! angemessene Bildfrequenzgute Ausleuchtung und entsprechende ShutterfrequenzAusschnitt eines bestimmten Bewegungsabschnittes (formatfüllend)Kalibrierung/ Maßstabnach Aufnahme des Maßstabes keine Veränderungen an der KameraBildebene parallel zur BewegungsebeneMarkierung der Körper- und ObjektpunkteÜberdeckung der Markierungen (Marker) möglichst vermeidenKamera auf Stativ feststehendzweidimensionale Aufnahme nur für zweidimensionale Bewegungenalle Kameras miteinander triggern
• Erläutern Sie Inhalt und Bedeutung der Begriffe Drehmoment, Schwerkraftmoment und Muskelkraftmoment und geben Sie Beispiele! Drehmoment: physikalische Größe, die bei Beeinflussung einer Drehbewegung wirkt (Ursache von Rotationen)spielt gleiche Rolle wie Kraft bei fortschreitenden BewegungenEinheit: NmVektorprodukt von Kraftarm und Kraft (stehen senkrecht aufeinander): M= F*r Schwerkraftmoment: LastmomentKraft, die von Erdanziehungskraft ausgehtwirkt auf andere Hälfte des Kraftarmeswirkt in KSP ein Muskelkraftmoment: senkrechte Abstand von Muskel zum DrehpunktMuskeln sind so angeordnet, dass ihre Zugkraft nicht durch Gelenkachse verlaufenaus Muskelkraft und ihrem Abstand r zur Drehachse entsteht das MuskelkraftmomentBeispiele: Oberschenkelkontraktion Sehnen verlaufen über das Kniegelenk und sind Schienbein angewachsen
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• Was versteht man unter Ergometrie im Sport, erläutern Sie die Ihnen bekannten Verfahren! Verfahren zur Bestimmung der körperlichen Leistungsfähigkeit => ergometrische LeistungsfähigkeitVorgabe von definierten Belastungen und Bestimmungen der BeanspruchungsreaktionenVerfahren: Kniebeuge, Stufensteigen, Laufband, Fahrrad, Ruderergometer, StrömungskanalGrößen: vorgebene und körperliche Größen
• Erläutern Sie die Bedingungen für den elastischen und unelastischen Stoß! elastischer Stoß: Wechselwirkung zwischen 2 Körpern bei denen nur elastische Verformungen auftreten (E(kin- Anfang) = E (kin- Ende) => keine Verformung der Körper => es gilt der Impulserhaltungs- und Energieerhaltungssatz => erster Körper gibt gesamte Energie an nächsten (Zweite bewegt sich weiter)Bsp: Billiardkugeln unelastischer Stoß: Beim Zusammenstoß wird Energie umgewandelt => Energieerhaltungssatz gilt nicht E(kin-Anfang) > E(kin-Ende) => Impulserhaltungssatz gilt (Wechselwirkung) => beim Zusammenstoß bewegen sich beide Körper in selbe Richtung weiter
• Erläutern Sie elektrische Kraftmessverfahren auf der Basis von Spannungs- Dehnungs- Messstreifen und von piezoelektrischen Sensoren! Spannungs- Dehnungs- Messstreifen: Aufbau: Messtreifen wird auf das Gerät geklebtFunktionsweise: Metalldraht ändert seine elektrischen Widerstand bei Zugbeanspruchung Dehnung (Längenänderung)=> Querschnitt wird kleiner => Widerstand steigt durch einwirkende Kräfte auf das Gerät, nehmen Messstreifen Längenveränderungen wahr und ermitteln die Spannung/ Kraft piezoelektrische Sensoren: Prinzip: Oberfläche bestimmter Kristalle entstehen elektrische Ladungen, wenn auf die Kristalle in bestimmten Richtungen Druck- oder Zugkräfte einwirkenelektrische Ladung proportional zur Kraftkomponentemehrdimensionale Kraftmessung möglichelektrische Ladung zu klein => benötigt Ladungsverstärker um Spannung sichtbar zu machen
• Erläutern Sie Aufbau und Funktionsweise der dynamometrischen Messplattform! Druckmessplattform: besitzen 4 Sensoren -> 1 Sensor = 3 Kristalle                                   Werden meistens im Keller positioniert, damit wenig Schwingungen auftreten                             Größe: 40x60cm                                                                                                           Bodenreaktionkraft wird gemessen 
• Erläutern Sie den Einsatz von Fußsohlen-Drucksensoren! Einsatz: Ganganalyse, Erfassung anatomischer Merkmale (Fehlstellung)Nachteil: störanfällig, keine Aufzeichnung von Drehbewegungen (nur Druckbelastung messbar) Messung Flächendruck u. der bestimmten Verteilung                                                                          mit Drucksensoren bestückt - eine Sohle = 16 Hydromesszellen -> Messung 400/s                          Es können nur vertikale Kräfte gemessen werden u. keine Bodenreaktionskräfte
• Beschreiben Sie die biomechanischen Grundlagen und die technischen Merkmale einer dynamometrischen Messplattform! technische Merkmale:VerstärkerAuswertungsprogrammKraftmessplattform (Kabel abgestimmt und alles im Fußboden verbaut)Computer (Software zur Auswertung)räumliche Komponenten auch messbar (Dreh-/ Kippmomente)
• Welche Informationen erhält man mit Hilfe der Oberflächenelektromyografie, wie kann diese mit der Dynamometrie gekoppelt werden? Oberflächenelektromyografie (EMG): elektrische Muskelaktivität Mit Hilfe von Oberflächenelektroden (oder Nadelelektroden) werden die Potenzialdifferenzen in großen Muskelgruppen gemessen, die sich als Summe der Aktionspotenziale der einzelnen Muskelzellen ergeben. Dynamometrie: Messung äußerer Kräfte (Kraftmessplatte) Kopplung: Zusammenhang zwischen den Frequenzen oder den Amplituden der registrierten elektrischen Signale und der Kraft eines Muskels (Welche Zusammensetzung ist am besten?)
• Erläutern Sie das Prinzip der optimalen Tendenz im Beschleunigungsverlauf anhand von zwei Bespielen! Für Absprung-, Abdruck-, Abstoß-, und Abwurfbewegungen => max. Beschleunigungskraft kann nur kurzzeitig wirkenFallende Tendenz: wenn der Beschleunigungsweg in kürzester Zeit zurückgelegt werden soll (Boxschlag, Schlagwurf)steigende Tendenz: wenn unabhängig von der Zeit die größtmögliche Beschleunigung erreicht werden soll (Kugelstoß, Speerwurf, Weisprung)Skizzen:
• biomechanischer Prinzipien Biomechanische Prinzipien: Prinzip der AnfangskraftPrinzip der GegenwirkungPrinzip der DrehimpulserhaltungPrinzip des optimalen BeschleunigungswegesPrinzip der optimalen Tendenz im BeschleunigungsverlaufPrinzip der zeitlichen Koordination von Einzelimpulsen
• Charakterisieren Sie die Phase des Weitsprunges unter biomechanischer Sicht! Anlauf: Beschleunigungsphase, Absprungvorbereitungzyklischer Anlauf als Steigerungslaufhöchste Geschwindigkeit vorm Balken, damit Absprunggeschwindigkeit möglichst hoch istSchrittfrequenz und -länge nimmt zu Aufrichten des Oberkörpers auf dem letzte SchrittRhysthmisieren der Schritte vorm Absprung (kurz-lang-kurz) Absprung: wichtigste und schwierigste PhaseDauer des Kontaks mit Balken: 0,1- 0,13sek (bei Ungeübten länger)erst beugen (in die Knie gehen) und dann strecken (beim Absprung)nach Absenken des KSP (Bremswirkung in horizontaler Richtung) wird er zum Absprung durch Streckung in vertikale Richtung beschleunigt => explosive Absprungstreckung => Prinzip der zeitlichen Koordination von Teilbewegung (Einzelimpulse) Flug: symmetrische Flugbahn mit LandeanflugGleichgewicht muss gehalten werden => Prinzip der Gegenwirkung: Arme und Beine nach vorne ziehen ( Schwungbein wird im Waagerechten angehalten, Arme schwingen bis Schulterhöhe) Landung: sollte möglichst optimal stattfindenparallele Beinhaltung: Oberkörper hat sich Oberschenkel genähertKopfhaltung in Verlängerung der Oberkörperachse => Unterstützung des geringen Hüftwinkels => beide Füße weit vor KSP aufsetzen, Beine geben in Kniegelenk nach (Rückfallvermeidung), Aufrichten des Oberkörpers optimale Tendenz im Beschleunigungsverlaufoptimaler Beschleunigungswegzeitliche Koordination von Einzelimpulsen Untersuchungsmethoden: VideoaufnahmeSpeedografieKraftmessplatte
• Definieren Sie die Begriffe Abflug- und Absprunggeschwindigkeit sowie Abflug- und Absprungwinkel! Abflug- und Absprunggeschwindigkeit: resultierende Geschwindigkeit im Moment des Wechsels (von Sportler oder Gerät) von Stütz- in Flugphasebei allen Sprüngen, Stößen und Würfen, bei denen die sportliche Leistung sich in einer max. Weite/ Höhe ausdrückt, sind die Geschwindigkeiten leistungsbeeinflussende mechanische Größen Absprungwinkel: ebener Winkel zwischen Richtung der Abfluggeschwindigkeit und der Horizontalen in der BewegungsrichtungWinkel bei allen Sprüngen, Stößen und Würfen bedeutend Formel: aAB=PI/2 + arctan (delta v/delta y0) Abflugwinkel:Ansatzpunkt bei Sprüngen (KSP des Sportlers)für Sprünge, Stöße und Würfe in Leichtathletik gibt es optimale Werte des Abflugwinkels, die von Abfluggeschwindigkeit und -höhe beeinflusst werden
• Wie wird die Landeökonomie nach Ballreich bestimmt? Einteilung: - Phase der Landepositionierung (= erster Bodenkontakt bei Landung) - Phase der LandedurchführungZiel: Optimierung der LandepositionsweiteLandepositionsweite= Abstand zwischen der senkrechten Projektion des KSPs auf Absprungebene im Landezeitpunkt und hinterem LandeeindruckLandeweite= Landepositionsweite+ LandeanflugsweiteLandeökonomie= (x*hs)/(lb*hl)x= Abstand der Ferse und KSP bei Landunghs= absolute Schwerpunkthöhe im Standlb= Beinlängehl= Landehöhe
• Erläutern Sie die Begriffe Schrittfrequenz, Schrittlänge und Zyklusgeschwindigkeit! Schrittfrequenz: Anzahl der Schritte pro Zeiteinheit Schrittlänge: Distanz zwischen Aufsetzpunkten aufeinanderfolgender Stützphase des Fußes Zyklusgeschwindigkeit: Geschwindigkeit in der festgelegte Bewegungsform oder wiederholte Abfolge gleichartiger Ereignisse oder Dinge durchgeführt wird - Beispiel: gehen=> ein Schritt links und rechts, bis Anfangsposition wieder eingenommen wird => v= l*f (l= Schrittlänge; f= Schrittfrequenz)
• Definieren Sie die Begriffe der festen, labilen und freien Achse! feste Achse: entsteht bei Berührung des Körpers mit Erde oder Gerät labile Achse: Achsen können sich bei Bewegung verlagern freie Achse: Achsen, um die sich der Körper während der Flugphase drehen kann und die stets durch den KSP verlaufen (auch Übergang zur Flugphase)
• Was sind Hauptträgheitsachsen? es gibt dreistehen senkrecht aufeinanderheißen Achsen des kleinsten, mittleren und größten Trägheitsmomentverlaufen durch KSPauch als Tiefen-, Breiten-, und Längsachse bezeichnet

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